TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA 4/2010 dr in¿. Zbigniew CZACZYK
Instytut In¿ynierii Rolniczej, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu
Streszczenie
Przedstawiono przegl¹d parametrów technicznych 30 wybranych automatycznych stacji pogodowych, przydatnych do monitorowania warunków meteorologicznych w uprawach polowych. Scharakteryzowano dok³adnoœci czujników, podkreœlono problematykê wp³ywu ich umiejscowienia i dok³adnoœci pomiaru na trafnoœæ podejmowanych decyzji w uprawie roœlin. Wskazano na potrzebê fachowego doboru typu, wyposa¿enia i sposobu monta¿u stacji meteorologicznych do ró¿nych zastosowañ rolniczych oraz ich certyfikacji. Zestawione informacje bêd¹ pomocne do optymalizacji procesów decyzyjnych w rolnictwie precyzyjnym.
PROBLEMY Z PRZYDATNOŒCI¥
AUTOMATYCZNYCH STACJI
METEOROLOGICZNYCH DO WSPOMAGANIA
DECYZJI W UPRAWIE ROŒLIN
Wprowadzenie
Ocena i uzasadnienie
Nowoczesne technologie szybko wkraczaj¹ do wielu ga³êzi rolnictwa. Roœnie powszechnoœæ i dostêpnoœæ wirtualnych rozwi¹zañ wspomagaj¹cych decyzje w agrotechnice upraw. W wielu zakresach wspomagania decyzji w uprawach polo-wych bardzo istotnym czynnikiem jest dostêpnoœæ dok³adnych, lokalnych i aktualnych wyników czynników pogodowych. Oferta dostêpnego sprzêtu jest zró¿nicowana. Do ró¿nych zastosowañ niezbêdne s¹ parametry mierzone z odpowiedni¹ czêstotliwoœci¹ i dok³adnoœci¹ w czasie rzeczywistym oraz dostêpne . Czêsto brakuje fachowej i rzetelnej wiedzy w tym zakresie lub te¿ wystêpuj¹ trudnoœci w dostêpie do w³a-œciwego oprzyrz¹dowania. O wymaganiach stawianych zbie-ranym wynikom agrometeorologicznym decyduje m.in. jakoœæ modelu empirycznego pozwalaj¹cego prognozowaæ przebieg potrzebnych parametrów niezbêdnych do funkcjonowania takich modeli. W prostych lub starszych programach tych parametrów jest mniej. Na ogó³ w nowoczesnych modelach potrzeba ich wiêcej i z wy¿sz¹ dok³adnoœci¹. Np. do progno-zowania terminu pierwszej aplikacji fungicydu w ochronie ziemniaków przed zaraz¹ ziemniaczan¹ niektórym modelom wystarcz¹ trzy parametry (temperatura i wilgotnoœæ powietrza oraz suma opadów) mierzone co 30 min i dostêpne raz na dobê. Natomiast w zaawansowanej ochronie jab³oni przed parchem, poza temperatur¹ i wilgotnoœci¹ powietrza na wysokoœci 2 m, wymagana jest m.in. temperatura murawy, zale¿nie od której dojrzewaj¹ zarodniki patogenu. Opad mierzony z dok³adnoœci¹ 0,2 mm jest uznawany do tego zastosowania za zbyt niedok³adny, gdy¿ niektóre badania wykaza³y, ¿e wysiew zarodników mo¿e nast¹piæ nawet ju¿ przy opadzie 0,05 mm. Niezbêdna jest tak¿e informacja o intensywnoœci promie-niowania, gdy¿ niektóre zjawiska mog¹ zachodziæ wy³¹cznie z impulsem œwiat³a. Nie o wszystkich parametrach dostawcy stacji mówi¹ otwarcie i jasno. Istnieje potrzeba weryfikacji jakoœci i przydatnoœci dostêpnych urz¹dzeñ do zastosowañ rolniczych, najlepiej w bezstronnych laboratoriach. Do spraw-nego korzystania z dostêpnych systemów wspomagania decy-zji niezmiernie wa¿ny jest równie¿ bezawaryjny dostêp do reje-strowanych danych.
Porównanie parametrów podawanych przez dostawców pozwoli oceniæ przydatnoœæ pod wzglêdem wyposa¿enia
on-line
w oferowane czujniki i ich dok³adnoœci pomiarowych. S¹ to informacje decyduj¹ce o tym, czy w ogóle rozpatrywana stacja z usprzêtowieniem i oprogramowaniem mo¿e zapewniæ wyma-gany zakres wyników z niezbêdn¹ dok³adnoœci¹. Odrêbnym zagadnieniem jest zgodnoœæ z wymaganiami Œwiatowej Organizacji Meteorologicznej (WMO). Niewiele z dostêpnych pó³profesjonalnych stacji wymagania te spe³nia. Do potrzeb wspomagania decyzji w uprawach w najprostszym zakresie plantator nie musi od razu kupowaæ drogiej stacji z pe³nym oprzyrz¹dowaniem (koszt ok 5-7 tys. euro). Stacjê meteorologiczn¹ kupuje siê jednak na wiele lat, st¹d nale¿y myœleæ perspektywicznie i podejmuj¹c decyzjê co do typu, wyposa¿enia i sposobu odbioru wyników, nale¿y wybraæ stacjê optymaln¹ dla danych warunków. W przypadku parametru opadu atmosferycznego zdecydowana wiêkszoœæ urz¹dzeñ pomiarowych zbudowana jest z uchylnego elementu (probierza) nape³nianego naprzemiennie wod¹ opadow¹. Po nape³nieniu element przechyla siê i opró¿nia, przekazuj¹c impuls do rejestratora. Ich dok³adnoœæ zale¿y od pojemnoœci probierza i œrednicy powierzchni zbiorczej czynnika opado-wego (deszcz, œnieg, grad). Najmniejsza powierzchnia zbiera-nia wody uznana przez WMO, to 200 cm (WMO 2008). Jeden impuls to zazwyczaj 0,2 mm, niekiedy 0,1 mm. W przypadku monitorowania warunków zagro¿eñ chorobami grzybowymi, w³aœnie pierwszy impuls ma decyduj¹ce znaczenie. Nie wiemy ile wody w ³y¿eczce pozosta³o od poprzedniego opadu, ani od jak dawna. Czasem jest tak, ¿e probierz jest znacznie wype³niony i wystarczy kilka kropelek, by go dope³niæ i wy-wo³aæ przechylenie, co skutkuje wykazaniem impulsu w reje-stratorze, i nie jest precyzyjne, a równoczeœnie mo¿e wprowadziæ w b³¹d, szczególnie w automatycznym przeka-zywaniu danych bezpoœrednio do modeli z nich korzy-staj¹cych. Sytuacja jest o tyle powa¿na, ¿e niewiedza o spo-sobie dzia³ania rejestratora iloœci opadu wywo³a niepoprawne obliczenia, a w konsekwencji mylne decyzje, gdy¿ kilka kropli mo¿e wywo³aæ np. rosa, a zjawisko wysiewu zarodników mo¿e wyst¹piæ jedynie po opadzie [2]. Niektóre Ÿród³a podaj¹, ¿e iloœci¹ opadu wystarczaj¹c¹ do wysiewu zarodników
jest 0,2 mm [1], co nie jest precyzyjne. Wywo³anie pierwszego impulsu (0,2 mm) nie zawsze jest jednak stwierdzeniem opadu. Tutaj pojawia siê problem mog¹cy wywo³aæ skutki dezinformuj¹ce. Jeœli do pustego uchylnego probierza, podczas rzeczywistego niewielkiego opadu, wp³ynie 0,19 mm, to nie wywo³a to impulsu sygnalizuj¹cego wyst¹-pienie jakiegokolwiek opadu, a warunki do wysiewu w pe³ni
2
Venturia inaequalis
zaistniej¹. Odwrotna b³êdna informacja zostanie wygene-rowana, jeœli od poprzedniego opadu, który wyst¹pi³ byæ mo¿e przed wielu dniami, probierz by³ prawie ca³kowicie wype³niony wod¹ (np. 0,19 mm) i do przechylenia go brako-wa³o zaledwie kilka kropli. Wystarczy obfita rosa, by pojawi³o siê na powierzchni zbiorczej deszczomierza kilkanaœcie kropli, daj¹cych w sumie brakuj¹c¹ objêtoœæ wody. W takiej sytuacji wywo³anie impulsu bez opadu mo¿e skutkowaæ podjêciem b³êdnej decyzji o zbêdnym oprysku, a w poprzednim skrajnym przypadku brak impulsu przy niewielkim, ale wystarczaj¹cym opadzie (do 0,19 mm) sprawi, ¿e model generuj¹cy informacje o zagro¿eniu nie wygeneruje jej. Nie bêdzie podstaw do podjêcia decyzji o koniecznoœci opryskania, mimo ¿e nast¹pi zarówno wysiew, jak i potrzeba aplikacji fungicydu. Wiele prostych modeli prognostycznych przebiegu zagro¿enia chorobami grzybowymi (np. NegFry) opiera siê monitoro-waniu trzech parametrów: temperatur ( ), wilgotnoœci powietrza i sumy opadów. W walce ze szkodnikami (np. Nasionnica Trzeœniówka ), wystarcza sama suma temperatur: powietrza na 2 m i gleby na 5 cm. Podobny problem (jak obok z deszczomierzem) wynikaj¹cy z dok³a-dnoœci instrumentu pomiarowego (np. termometru), dotyczy parametru sumy temperatur. Z samej rozdzielczoœci i b³êdu pomiarowego urz¹dzeñ elektronicznych, w ci¹gu doœæ d³ugiego okresu pomiarowego (kilka tygodni), mo¿e powstaæ znaczne zafa³szowanie. Skutkiem bêdzie nieterminowa aplikacja pestycydu. Je¿eli ka¿dego dnia pomiar bêdzie obarczony b³êdem 0,6°C, to po 10 dniach uzyskujemy 6 stopniodni ró¿nicy od wartoœci rzeczywistej. Na przyk³adzie Nasionnicy, któr¹ zwalczaæ nale¿y w ci¹gu 12 godzin od
degdays Rhagoletis cerasi
obliczanego sum¹ stopniodni terminu wylotu, jest b³êdem bardzo du¿ym. St¹d przed zakupem instrumentów pomia-rowych bardzo wa¿ne jest zdobycie dok³adnej informacji o zakresie pomiarowym i dok³adnoœciach pomiaru poszcze-gólnych parametrów. Im wy¿sza ich dok³adnoœæ, tym precy-zyjniejsze bêd¹ decyzje. Dotyczy to wielu ró¿nych dziedzin gospodarowania. M.in. do obliczania dawki nawadniania metodami zaawansowanymi niezbêdne s¹ parametry do obliczenia ewaporacji. Tutaj o dok³adnoœci i przydatnoœci wyników decyduje wzajemne umiejscowienie wiatromierza, czujników promieniowania i temperatury oraz wilgotnoœci powietrza. Wymogi te tak¿e okreœla WMO. W tym zakresie wa¿ne jest mocowanie ww. czujników na odpowiednich wysokoœciach. Do niektórych zastosowañ monitoringowych i prognostycznych wa¿ny jest rzeczywisty pomiar czasu wschodu i zachodu s³oñca oraz natê¿enia promieniowania s³onecznego docieraj¹cego do powierzchni gruntu. W tym zakresie dostêpne stacje równie¿ oprzyrz¹dowane s¹ bardzo ró¿nie.
Literatura
[1] Goszczyñski W.: Parch jab³oni - biologia, epidemiologia i zwalczanie. ISBN 83-87295-06-X.Agrosan, 1998, ss. 75. [2] MacHardy W.E.: Apple Scab - Biology, Epidemiology, and
Management. ISBN 0-89054-206-6. APS Press, 1996, pp. 545.
[3] WMO 2008: Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation. ISBN 978-92-63-10008-5. WMO-No. pp. 8.
PROBLEMS WITH USING OF AUTOMATIC WEATHER STATIONS FOR DECISION
SUPPORT IN CROP CULTIVATION
Summary
An overview of the technical parameters of 30 selected automatic weather stations, which are useful for monitoring of the weather conditions in the field crops has been presented in this article. The accuracy of the sensors has been characterized, and the problematic aspects of sensors location influence and the measurement accuracy on the pertinence of decisions made in the cultivation of plants has been emphasized. The need of the professional selection of type, equipment installation and the way of montage of weather stations for various agricultural applications and their certification have been pointed out. The compiled information will be helpful to optimization of the decision processes in precise farming.
